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化学:晶体的基本特征和类型


3.4《晶体的基本类型》
学习

水晶石

1、晶体的基本特性
?

外形和内部质点排列的高度有序性
有固定的熔沸点

?

?

各向异性(强度、导热性、光学性等)

雪花晶体 食糖晶体 明矾晶体 食盐晶体

单质硫

观察· 思考
?

请同学们判断下列物质是晶体还是非晶体:

3、晶体与非晶体的本质差异

自范性 有(能自发呈现多 晶体 面体外形) 非晶 没有(不能自发呈 体 现多面体外形)
?

微观结构 原子在三维空间 里呈周期性有序 排列 原子排列相对无 序

说明: ? 晶体自范性的本质:是晶体中粒子微观空 间里呈现周期性的有序排列的宏观表象。 ? 晶体自范性的条件之一:生长速率适当。

4、晶体形成的途径
1. 2.

3.

熔融态物质凝固。 气态物质冷却不经液态直 接凝固(凝华)。 溶质从溶液中析出。

晶体体的基本类型
?

1分子晶体
2原子晶体 3离子晶体 4金属晶体

?

?

?

天然水晶球里的玛瑙和水晶

经不同途径得到的晶体

学与问

玻璃的结构示意图

固定 4. 晶体的熔点较____________________,

没有固定的 而非晶体则________________熔点,,区分
晶体与非晶体最可靠的科学方法是______

对固体进行X-射线衍射实验 __________________________________.

科 学 视 野

无隙并置

平行六 面体

分摊法的根本原则是:晶胞任意位置上 的一个原子如果是被x个晶胞所共有,那么, 每个晶胞对这个原子分得的份额就是1/x。

棱边:1/4

顶点:1/8

面心:1/2 体心:1

【例1】水的状态除了气、液和固态外,还有 玻璃态。它是由液态水急速冷却到165k时形 成的,玻璃态的水无固态形状,不存在晶体结 构,且密度与普通液态水的密度相同,有关玻 璃态水的叙述正确的是 ( C ) A.水由液态变为玻璃态,体积缩小 B.水由液态变为玻璃态,体积膨胀 C. 玻璃态是水的一种特殊状态 D. 玻璃态水是分子晶体

【例3】钛酸钡的热稳定性好,介电常数高, 在小型变压器、话筒和扩音器中都有应用。 钛酸钡晶体的结构示意图为下图,它的化学 式是 ( ) D A.BaTi8O12 B.BaTi4O6 C.BaTi2O4 D.BaTiO3

练习一: 石墨晶体的层状结构, 层内为平面正六边形结构(如 图),试回答下列问题: (1)图中平均每个正六边形 占有C原子数为____个、占有 2 的碳碳键数为____个。 3 碳原子数目与碳碳化学键数目 2:3 之比为_______。

学与问(P66)

习题 第三题

二氧化碳及其晶格

干冰晶体结构示意

由此可见,每个二氧化碳分子周围有12个二氧化碳分子。
回分子晶体
结束

【课后巩固练习】 1.晶体与非晶体的严格判别可采用 ( D ) A. 有否自范性 B.有否各向异性 C.有否固定熔点 D.有否周期性结构 2.某物质的晶体中含A、B、C三种元素,其排 列方式如图所示(其中前后两面心上的B原子未 能画出),晶体中A、B、C的中原子个数之比 依次为 ( A ) A. 1:3:1 B. 2:3:1 C. 2:2:1 D. 1:3:3

4.白磷分子如图所示:则31 g白磷分子中存 在的共价键数目为(

C



A.4 NA C.1.5 NA

B.NA D.0.25 NA

5.某离子化合物的晶胞如右图所示立体结 构,晶胞是整个晶体中最基本的重复单位。 阳离子位于此晶胞的中心,阴离子位于8个 顶点,该离子化合物中,阴、阳离子个数比 是 ( D ) A、1∶8 B、1∶4 C、1∶2 D、1∶1

6.如右图石墨晶体结构的每一层里平均每个最 小的正六边形占有碳原子数目为( A ) A、2 B、3 C、4 D、6

7. 许多物质在通常条件下是以晶体的形式存 在,而一种晶体又可视作若干相同的基本结 构单元构成,这些基本结构单元在结构化学 中被称作晶胞。已知某化合物是由钙、钛、 氧三种元素组成的晶体,其晶胞结构如图所 示,则该物质的化学式为 ( C ) A.Ca4TiO3 B.Ca4TiO6 C.CaTiO3 D.Ca8TiO120

8.下列有关晶体的特征及结构的陈述中不正 确的是 ( D ) A 单晶一般都有各向异性 B 晶体有固定的熔点 C 所有晶体都有一定的规整外形 D 多晶一般不表现各向异性 多晶指的是多种晶形共存,单晶指只 有一种晶形。 单晶体- 晶体内部的晶格方位完全一 致. 多晶体—许多晶粒组成

9. 晶体中最小的重复单元——晶胞,①凡处

于立方体顶点的微粒,同时为

8

个晶胞

共有;②凡处于立方体棱上的微粒,同时为

4

个晶胞共有;③凡处于立方体面上的

微粒,同时为 有。

2

个晶胞共有;④凡处于

立方体体心的微粒,同时为

1

个晶胞共

10. 现有甲、乙、丙(如下图》三种晶体的晶 胞:(甲中x处于晶胞的中心,乙中a处于晶胞 的中心),可推知:甲晶体中x与y的个数比是 4:3 __________,乙中a与b的个数比是 1:1 4 __________,丙晶胞中有_______个c离子, 4 有____________个d离子。

11.右图是超导化合物————钙钛矿晶体的晶 胞结构。请回答: (1)该化合物的化学式为 CaTiO3 。 (2)在该化合物晶体中,与某个钛离子距离 最近且相等的其他钛离子共有 6 个

12.右图是石英晶体平面示意图,它实际上 是立体的网状结构, 其中硅、氧原子数之比为 1:2 。 原硅酸根离子SiO44-的结构可表示为_______ 二聚硅酸根离子Si2O76-中,只有硅氧键,它 的结构可表示为 。
O O O O Si O Si O O 6-

干冰晶体结构分析图
CO2 分子

中心

干冰晶体结构分析图
CO2 分子

13. 在干冰晶体中每个CO2分子周围紧邻的

CO2分子有___________个 在晶体中截取一 12
个最小的正方形;使正方形的四个顶点部落

到CO2分子的中心,则在这个正方形的平面

4 上有___________个CO2分子。

14.如图为NaCl晶体结构图,图中直线交点处 为NaCl晶体中Na+与Cl-所处的位置(不考虑体 积的大小)。 (1)请将其代表Na+的用笔涂黑圆点,以完成 NaCl晶体结构示意图。 (2)确定晶体的晶胞,分析其构成。 (3)从晶胞中分Na+周围与它最近时且距离相 等的 Na+共有多少个?

14. (1) 含8个小立方体的NaCl晶体示意 图为一个晶胞 (2) 在晶胞中Na+与Cl-个数比为1:1. (3) 12个

[拓展提高] 1996年诺贝化学奖授予对发现C60有重大贡献 的三位科学家。C60分子是形如球状的多面体( 如图),该结构的建立基于以下考虑: ①C60分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原 子形成化学键; ②C60分子只含有五边形和六边形; ③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系, 遵循欧拉定理: 顶点数+面数-棱边数=2

据上所述,可推知C60分子有12个五边形和20 个六边形,C60分子所含的双键数为30。 请回答下列问题: 15.固体C60与金刚石相比较,熔点较高者应 金刚石 是____________,理由是:____________ 金刚石属原子晶 体,而固体C60不是,故金刚石熔点较高. ____________________________________. 16.试估计C60跟F2在一定条件下,能否发生 反应生成C60F60(填“可能”或“不可能”) 因C60分子含30个 __________,并简述其理由:___________ 可能 双键,与极活泼的F2发生加成反应即可生成C60F60 ___________________________________。

17.通过计算,确定C60分子所含单键数。 C60分子所含单键数为 90-30=60 。
C60分子形成的化学键数为:1/2(3*60)=90 由欧拉定理计算键数(即棱边数):60+(12+20)-2=90

18. C70分子也已经制得,它的分子结构模型 可以与C60同样考虑面推知。通过计算确定 C70分子中五边形和六边形的数目。

18.解析:设C70分子中五边形数为x,六边形数 为y.依题意可得方程组:

顶点数+面数-棱边数=2 解得: 五边形数 x = 12 六边形数 y = 25


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